JP2010038107A

JP2010038107A - スクロール型流体機械

Info

Publication number: JP2010038107A
Application number: JP2008204250A
Authority: JP
Inventors: Hitomi Shibata; 瞳柴田
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】スクロールユニットの動力ロスを低減しつつ、可動スクロールのばたつきを簡易にして確実に防止することができるスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】可動スクロール(22)は、その背面(26b)の径方向外周部に、フレーム(38)の台座面(38a)に対し所定の第１の間隙Ｃ_１を存して突設された環状の段差部(60)を有し、所定の第１の間隙は、中間圧室(58)を流れる潤滑油の所定の粘性抵抗Ｖに基づいて設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に組み込まれて好適なスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械、例えば密閉型スクロール圧縮機は、各鏡板の各鏡板面に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される固定スクロール及び可動スクロールから構成され、固定スクロールに対し可動スクロールがフレームの台座面上を公転旋回運動することにより、各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室を各鏡板の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動させるスクロールユニットと、可動スクロールの背面と台座面との間に、各鏡板の径方向中央部側から順に作動流体の吐出圧が作用する高圧室と該高圧室よりも低圧で且つ作動流体の吸入圧よりも高圧の中間圧となる中間圧室とに仕切られた潤滑油の背圧室を形成する環状の仕切り部材とを備えている。

そして、可動スクロールの背面やフレームの台座面に段差部を設けることにより、作動流体の吸入圧と吐出圧との圧力差が小さくなって、いわゆる低圧縮比にて圧縮機が運転され、高圧室と中間圧室とからなる背圧室の圧力が不安定となることにより生じる可動スクロールのばたつきを規制する圧縮機が知られている（例えば特許文献１〜３参照）。
特許第３６７４１２２号公報特開平７−２６９４７６号公報特開２００５−１４６９３８号公報

ところで、可動スクロールの公転旋回運動は上記背圧室を流れる潤滑油により円滑に行われる。
しかしながら、上記各従来技術では、段差部を設けた場合の背圧室における潤滑油流路の確保について格別な配慮がなされていないため、潤滑油の粘性抵抗により可動スクロールの円滑な公転旋回運動が阻害され、スクロールユニットの動力ロスが増大するおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、スクロールユニットの動力ロスを低減しつつ、可動スクロールのばたつきを簡易にして確実に防止することができるスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、各鏡板の各鏡板面に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される固定スクロール及び可動スクロールから構成され、固定スクロールに対し可動スクロールがフレームの台座面上を公転旋回運動することにより、各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室を各鏡板の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動させるスクロールユニットと、可動スクロールの背面と台座面との間に、各鏡板の径方向中央部側から順に作動流体の吐出圧が作用する潤滑油の高圧室と該高圧室よりも低圧で且つ作動流体の吸入圧よりも高圧の中間圧となる潤滑油の中間圧室とに仕切られた背圧室を形成する環状の仕切り部材とを備え、可動スクロールは、その背面の径方向外周部に、台座面に対し所定の第１の間隙を存して突設された環状の段差部を有し、所定の第１の間隙は、中間圧室を流れる潤滑油の所定の粘性抵抗に基づいて設定されることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、可動スクロールの背面の径方向内周部と台座面との間は仕切り部材を介して所定の第２の間隙が形成され、所定の第１の間隙は、所定の第２の間隙よりも小さいことを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、可動スクロールに支持されフレームに向けて突設されるピンと、フレームに穿設されてピンが遊嵌されるホールとからなる可動スクロールの自転阻止機構を備え、段差部は、その一部が可動スクロールの公転旋回運動に伴いホール上に間歇的に位置づけられる径方向幅を有することを特徴としている。

請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、可動スクロールは、その背面の径方向外周部に、台座面に対し所定の第１の間隙を存して突設された環状の段差部を有し、所定の第１の間隙は、中間圧室を流れる潤滑油の所定の粘性抵抗に基づいて設定される。これにより、作動流体の吸入圧と吐出圧との圧力差が小さくなって、いわゆる低圧縮比にてスクロール型流体機械が運転され、高圧室と中間圧室とからなる背圧室の圧力が不安定になったとしても、背圧室、特に中間圧室における潤滑油流路を確保しつつ、段差部にて可動スクロールを支持して可動スクロールのばたつきを規制することができる。従って、スクロールユニットの動力ロスを低減しつつ、可動スクロールのばたつきを簡易にして確実に防止し、スクロール型流体機械の低圧縮比運転を正常に行うことができる。

また、請求項２記載の発明によれば、可動スクロールの背面の径方向内周部と台座面との間に仕切り部材を介して所定の第２の間隙が形成され、所定の第１の間隙は、所定の第２の間隙よりも小さい。これにより、背圧室の圧力が不安定になったとしても、可動スクロールのばたつきをその振幅が大きい可動スクロールの径方向外周部にて押さえることができるため、可動スクロールのばたつきをより一層効果的に規制することができる。

更に、請求項３記載の発明によれば、可動スクロールに支持されフレームに向けて突設されるピンと、フレームに穿設されてピンが遊嵌されるホールとからなる可動スクロールの自転阻止機構を備え、段差部は、その一部が可動スクロールの公転旋回運動に伴いホール上に間歇的に位置づけられる径方向幅を有する。これにより、自転阻止機構を構成するホールを背圧室、特に中間圧室における潤滑油の流通を促進する油溝として使用することができるため、スクロールユニットの動力ロスをより一層低減することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型スクロール圧縮機の縦断面図を示している。
この圧縮機１は冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれ、当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒と称する）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

圧縮機１はシェル２を備え、シェル２の円筒胴部をなすセンターシェル４は、その上側及び下側がトップシェル６及びボトムシェル８によってそれぞれ気密に嵌合され、センターシェル４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。センターシェル４には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、トップシェル６の適宜位置には、シェル２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

センターシェル４には、上から順にスクロールユニット１４、電動モータ１６、ポンプユニット１８が収容され、電動モータ１６内には回転軸２０が配置されており、回転軸２０は電動モータ１６への通電によって回転駆動される。
回転軸２０は、その上端側がスクロールユニット１４に、その下端側がポンプユニット１８に連結されており、回転軸２０が電動モータ１６によって回転駆動されることにより、スクロールユニット１４は、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。

詳しくは、スクロールユニット１４は可動スクロール２２及び固定スクロール２４から構成され、可動スクロール２２は鏡板２６を備え、この鏡板２６の鏡板面２６ａには固定スクロール２４の鏡板２８に向けて延びる渦巻き状のラップ３０が立設され、一方、固定スクロール２４の鏡板２８の鏡板面２８ａにも鏡板２６に向けて延びる渦巻き状のラップ３２が立設されている。

各ラップ３０，３２は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、これらを互いに対をなして配置し協働させることにより、鏡板２８に形成された図示しない吸入室に吸入管１０を介して冷媒が吸入され、吸入室に吸入された冷媒はラップ３０，３２の間に圧縮室を形成する。
圧縮室は、固定スクロール２４に対する可動スクロール２２の公転旋回運動により、鏡板２６，２８の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動する。

可動スクロール２２に公転旋回運動を付与するため、鏡板２６の背面２６ｂ側にはボス３４が形成され、ボス３４は軸受を介して回転軸２０の上端側に一体形成される偏心軸３６に回転自在に支持されている。
これに対し固定スクロール２４は、センターシェル４の内側に固定されるメインフレーム（フレーム）３８に支持、固定されており、固定スクロール２４の径方向中央部には圧縮室に連通可能な吐出孔４０が穿設されている。

ここで、可動スクロール２２の自転は自転阻止機構４２により阻止されており、自転阻止機構４２は可動スクロール２２に支持されてメインフレーム３８に向けて突設されるピン４４と、メインフレーム３８に穿設されてピン４４が遊嵌されるホール４６とから構成されている。
一方、ポンプユニット１８は、ボトムシェル８の内側に貯油された潤滑油を吸引し、吸引された潤滑油は回転軸２０内に穿孔された油路４８を経て回転軸２０の上端から電動モータ１６やスクロールユニット１４等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールや潤滑に寄与する。

詳しくは、油路４８を経た潤滑油は回転軸２０の上端から回転軸２０に沿って電動モータ１６側に流下される一方、可動スクロール２２の鏡板２６の背面２６ｂとメインフレーム３８の台座面３８ａとの間に形成される背圧室５０に供給され、背圧室５０から鏡板２６の外周面とメインフレーム３８との間の外周空間５２を経た潤滑油は、鏡板面２８ａのうちの可動スクロール２２が固定スクロール２４に対し摺動する領域に供給される。

ここで、背圧室５０は、メインフレーム３８に固定された環状のシールリング（仕切り部材）５４によって、各鏡板２６，２８の径方向中央部側から順に冷媒の吐出圧が作用する高圧室５６と、高圧室５６よりも低圧で且つ冷媒の吸入圧、即ち吸入室の圧力よりも高圧の中間圧となる中間圧室５８とに仕切られている。そして、可動スクロール２２の背面２６ｂにこのような背圧構造を形成することにより、主として中間圧室５８の圧力によって可動スクロール２２が固定スクロール２４に対して適切に押圧され、可動スクロール２２の円滑な公転旋回運動が実現される。

上述した圧縮機１によれば、回転軸２０の回転に伴って可動スクロール２２が自転することなくメインフレーム３８の台座面３８ａ上を公転旋回運動することにより、吸入管１０を介してスクロールユニット１４に吸入された冷媒は圧縮室を形成し、圧縮室内の冷媒はスクロールユニット１４の中心に向けて移動されながら圧縮された後に吐出孔４０よりシェル２内に吐出され、シェル２内を循環した後に吐出管１２を介して圧縮機１外へ送出される。

ところで、図２の可動スクロール２２及びメインフレーム３８の要部を示した拡大断面図を参照すると、本実施形態では、可動スクロール２２には、その背面２６ｂの径方向外周部、換言すると中間圧室５８に、台座面３８ａに対し所定の第１の間隙Ｃ_１を存して突設された環状の段差部６０が設けられている。
第１の間隙Ｃ_１は、背圧室５０を流れる潤滑油の所定の粘性抵抗Ｖに基づいて設定され、換言すると背圧室５０、特に中間圧室５８を流れる潤滑油の温度等から潤滑油の粘性抵抗Ｖが推定され、この推定された粘性抵抗Ｖとなる潤滑油が可動スクロール２２の公転旋回運動の抵抗とならない程度に第１の間隙Ｃ_１が予め設定される。

一方、可動スクロール２２の背面２６ｂの径方向内周部と台座面３８ａとの間、換言すると高圧室５６にはシールリング５４を介して所定の第２の間隙Ｃ_２が形成され、第２の間隙Ｃ_２はシールリング５４の台座面３８ａからの突出高さと略同一になっている。
ここで、第１の間隙Ｃ_１は第２の間隙Ｃ_２よりも小さくなるように予め設定されており、背面２６ｂにシールリング５４が当接した状態では、第１の間隙Ｃ_１が中間圧室５８を流れる潤滑油の流路となる。

また、図３に示される可動スクロール２２を固定スクロール２４側からみた平面図を参照すると、第１の間隙Ｃ_１を形成する段差部６０は、その全部ではなく一部のみが可動スクロール２２の公転旋回運動に伴いホール４６上に間歇的に位置づけられるように、径方向幅Ｗが予め設定されている。
以上のように、本実施形態では、可動スクロール２２の背面２６ｂの径方向外周部に段差部６０を形成し、段差部６０により形成される第１の間隙Ｃ_１は中間圧室５８を流れる潤滑油の粘性抵抗Ｖに基づいて設定される。これにより、冷媒の吸入圧と吐出圧との圧力差が小さくなって、いわゆる低圧縮比にて圧縮機１が運転され、高圧室５６と中間圧室５８とからなる背圧室５０の圧力が不安定になったとしても、背圧室５０、特に中間圧室５８における潤滑油流路を確保しつつ、段差部６０にて可動スクロール２２を支持して可動スクロール２２のばたつきを規制することができる。従って、スクロールユニット１４の動力ロスを低減しつつ、可動スクロール２２のばたつきを簡易にして確実に防止し、圧縮機１の低圧縮比運転を正常に行うことができる。

また、第１の間隙Ｃ_１が第２の間隙Ｃ_２よりも小さいことにより、背圧室５０の圧力が不安定になったとしても、可動スクロール２２のばたつきをその振幅が大きい可動スクロール２２の径方向外周部にて押さえることができるため、可動スクロール２２のばたつきをより一層効果的に規制することができる。
更に、段差部６０は、その一部が可動スクロール２２の公転旋回運動に伴いホール４６上に間歇的に位置づけられる径方向幅Ｗを有することにより、自転阻止機構４２を構成するホール４６を背圧室５０、特に中間圧室５８における潤滑油の流通を促進する油溝として使用することができるため、スクロールユニット１４の動力ロスをより一層低減することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる二酸化炭素冷媒を使用した密閉型スクロール圧縮機について説明しているが、本発明はこれに限らず種々の作動流体を使用した、種々の分野における圧縮機または膨脹機等のスクロール型流体機械に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。図１の可動スクロール及びメインフレームの要部を示した拡大断面図である。図１の可動スクロールを固定スクロール側からみた平面図である。

符号の説明

１密閉型スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
１４スクロールユニット
２２可動スクロール
２４固定スクロール
２６可動スクロールの鏡板
２６ａ可動スクロールの鏡板の鏡板面
２６ｂ可動スクロールの鏡板の背面
２８固定スクロールの鏡板
２８ａ固定スクロールの鏡板の鏡板面
３０可動スクロールのラップ
３２固定スクロールのラップ
３８メインフレーム（フレーム）
３８ａ台座面
４２自転阻止機構
４４ピン
４６ホール
５０背圧室
５４シールリング（仕切り部材）
５６高圧室
５８中間圧室
６０段差部

Claims

各鏡板の各鏡板面に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される固定スクロール及び可動スクロールから構成され、前記固定スクロールに対し前記可動スクロールがフレームの台座面上を公転旋回運動することにより、前記各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室を前記各鏡板の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動させるスクロールユニットと、
前記可動スクロールの背面と前記台座面との間に、前記各鏡板の前記径方向中央部側から順に作動流体の吐出圧が作用する潤滑油の高圧室と該高圧室よりも低圧で且つ作動流体の吸入圧よりも高圧の中間圧となる潤滑油の中間圧室とに仕切られた背圧室を形成する環状の仕切り部材とを備え、
前記可動スクロールは、その前記背面の径方向外周部に、前記台座面に対し所定の第１の間隙を存して突設された環状の段差部を有し、
前記所定の第１の間隙は、前記中間圧室を流れる潤滑油の所定の粘性抵抗に基づいて設定されることを特徴とするスクロール型流体機械。
前記可動スクロールの前記背面の前記径方向内周部と前記台座面との間は前記仕切り部材を介して所定の第２の間隙が形成され、
前記所定の第１の間隙は、前記所定の第２の間隙よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
前記可動スクロールに支持され前記フレームに向けて突設されるピンと、前記フレームに穿設されて前記ピンが遊嵌されるホールとからなる前記可動スクロールの自転阻止機構を備え、
前記段差部は、その一部が前記可動スクロールの公転旋回運動に伴い前記ホール上に間歇的に位置づけられる径方向幅を有することを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。